《International Journal of Biological Macromolecules》：Tea saponin improved the physical stability of pea protein cold-set emulsion gel
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豌豆蛋白与茶皂苷复合乳液凝胶的物理稳定性增强机制研究。通过引入茶皂苷（TS）与豌豆蛋白 isolate（PPI）形成复合体系，采用钙离子（Ca2?）诱导的冷凝胶化技术，制备出具有更高储能模量和物理稳定性的PPI-TS/Ca2?乳液凝胶。研究表明，茶皂苷通过促进PPI的构象改变（如暴露疏水基团和增加巯基含量），增强钙离子交联效率，形成更致密的多相凝胶网络。该策略为开发稳定的植物蛋白乳液凝胶制品提供了新方法。
Jieyao Chen|Jiaxing Xie|Pei Chen|Lingyun Chen|Weijuan Huang
中国广东省华南农业大学食品科学学院，广东省广州市，510642，广东省食品质量与安全重点实验室
摘要
尽管基于植物蛋白的乳液凝胶受到了广泛关注，但其物理稳定性仍然是一个挑战。为了解决这个问题，我们通过加入茶皂苷（TS）来提高豌豆蛋白分离物（PPI）乳液凝胶的物理稳定性。乳液凝胶是通过将PPI-TS复合物乳液与钙离子交联制备的。PPI-TS/Ca2+乳液凝胶比PPI/Ca2+乳液凝胶（即5.0% PPI和6 mM Ca2+）具有更高的储能模量和更好的物理稳定性。增加PPI和钙离子的浓度使得凝胶结构更加紧密，凝胶弹性和物理稳定性也得到了提升。此外，还研究了TS对PPI结构的影响。自由巯基含量的增加、表面疏水性的增强以及内在荧光强度的提高表明茶皂苷促进了PPI的展开。这种展开暴露了疏水基团，而钙离子的加入促进了PPI的交联，从而增强了蛋白质分子间的疏水相互作用。这些结构变化使得在加入钙离子后蛋白质分子间的疏水相互作用更加牢固，交联也更加有效，最终形成了更加致密和稳定的凝胶网络。这些发现为开发稳定的乳液凝胶基产品提供了一种有前景的策略。
引言
豌豆（Pisum sativum L）在全球范围内广泛种植，年产量约为1130万吨[1]。尽管豌豆含有丰富的蛋白质（20%–25%的蛋白质），但其中大部分蛋白质并未得到充分利用，导致了大量的蛋白质资源浪费[2]。豌豆蛋白（PP）具有很高的营养价值，氨基酸组成均衡，尤其是赖氨酸含量较高[3]。由于其低过敏性、非转基因特性、低成本和易获取性，豌豆蛋白成为食品中的常用成分。豌豆蛋白的功能特性，如溶解性、乳化性和凝胶化能力，在食品加工中起着关键作用[4]。常见的蛋白质凝胶化方法包括热处理、酸诱导、离子诱导和酶处理[5],[6]。其中，热诱导的凝胶化方法最为普遍。然而，高温处理可能导致蛋白质聚集、热敏性营养素或风味的损失以及能源消耗的增加。相比之下，在温和条件下通过离子（例如Ca2+）或酶诱导的冷凝胶化方法提供了一个有前景的替代方案[7],[8]。这种方法可以精确控制网络的形成，而不会导致蛋白质变性，适用于添加易变生物活性化合物以及开发具有定制质地的产品。
大量研究致力于提高基于植物蛋白的乳液凝胶的物理稳定性。最基本的方法是通过物理、化学和酶学手段修改蛋白质的固有凝胶化能力来增强乳液凝胶的稳定性。然而，这些方法存在一些缺点，例如需要昂贵且复杂的仪器设备、可能残留化学试剂以及相关的安全问题。当前的研究探索利用蛋白质-多糖相互作用来构建更坚固的界面膜和凝胶网络，从而提高乳液凝胶的稳定性[9],[10]。这些策略主要包括非共价物理交联[11]、共价偶联[12],[13],[14]和颗粒稳定机制[15],[16]。这些方法有效地解决了单一蛋白质凝胶在强度、持水能力和环境耐受性方面的不足。除了添加多糖等大分子外，天然小分子表面活性剂也被广泛用于改善蛋白质的凝胶化性能[17]。研究表明，茶皂苷可以优先吸附在界面[18]，而多糖主要位于连续相中[19]。作为一种小分子两亲物质，茶皂苷主要通过“界面修饰和蛋白质构象调节”来增强蛋白质的疏水相互作用和钙离子的交联效率[20],[21],[22]，从而形成均匀且致密的乳液滴网络。相比之下，多糖主要作为体积增稠剂或静电交联剂，构建连续但可能不均匀的多相凝胶[23]。此外，茶皂苷-蛋白质凝胶在高温和高离子强度环境下通常表现出更好的稳定性，因为茶皂苷具有耐热性和耐盐性[24]。相比之下，多糖-蛋白质凝胶对pH变化更为敏感。与蛋白质修饰相比，使用天然小分子表面活性剂（如皂苷）构建蛋白质-多糖复合物和Pickering乳液凝胶在提高植物蛋白乳液凝胶稳定性方面具有明显优势。这些优势包括补偿植物蛋白本身较弱的乳化性能，并能够促进水相中蛋白质分子间的相互作用（通常通过疏水力）[25],[26]。这种协同效应通常能够带来比单独蛋白质修饰更好的稳定性和凝胶特性。此外，添加茶皂苷通常不需要复杂的预处理步骤，只需将其与蛋白质溶液混合后进行均质化，无需加热、酶水解或调整pH至等电点等步骤。这大大简化了工艺流程，节省了时间和能源，并有助于保持热敏成分的活性。
茶皂苷含有疏水基团（皂苷元）和亲水基团（糖），常被用作天然表面活性剂。这种两亲分子结构使其能够在油水界面自发定向排列，疏水部分渗透到油相中，亲水部分延伸到水相中，从而降低界面张力[27]。许多研究表明，小分子表面活性剂与蛋白质之间的相互作用可以显著提高蛋白质的界面性能[28]。添加茶皂苷可以降低豌豆蛋白分离物的表面张力，从而增强其界面活性[22]。关于zein/茶皂苷纳米颗粒用于黄酮递送的研究发现，TS改变了zein的二级结构。这些纳米颗粒在pH 4.0–9.0范围内表现出优异的离子强度和热稳定性[29]，这对于稳定界面和构建乳液凝胶前体至关重要。仅由蛋白质形成的乳液凝胶往往缺乏足够的机械强度、物理稳定性和环境耐受性。与天然皂苷结合使用可以形成具有更高稳定性的高内相乳液凝胶（HIPE-Gels）[30],[31]。蛋白质与天然皂苷之间的非共价疏水相互作用有助于降低乳液的表面张力和滴粒大小。此外，乳液凝胶的流动行为和粘弹性可以通过特定的滴粒间相互作用和滴粒大小进行有效调节[17]。因此，天然表面活性剂常用于提高蛋白质的界面活性[26]，它们与蛋白质的特定相互作用可以改善蛋白质的乳化和凝胶化性能，从而增强基于蛋白质的乳液凝胶的稳定性。茶皂苷在界面活性方面的独特优势不仅在于其在油水界面的快速吸附，还在于与其他皂苷（如大豆皂苷）相比，其与豌豆蛋白等植物蛋白质相互作用时的“构象协同”能力[22],[32]。研究表明，不同的皂苷与蛋白质之间的相互作用模式各不相同。例如，Quillaja皂苷会在界面与蛋白质竞争；高浓度的Quillaja皂苷添加到蛋白质中可能会阻碍蛋白质在滴粒表面的吸附，甚至降低乳液凝胶的强度[17]。相比之下，茶皂苷与米糠蛋白等蛋白质的相互作用更为深入。通过共价和非共价作用（如氢键和疏水力），茶皂苷可以诱导蛋白质的有利构象展开，促进亚基间非二硫键的形成，从而优化复合物的结构和功能[18]。
因此，本研究的目的是阐明茶皂苷（TS）与豌豆蛋白分离物（PPI）之间的相互作用对冷凝胶物理稳定性的影响。这将通过制备PPI-TS复合物乳液凝胶并使用宏观和微观表征技术进行评估来实现。本研究的结果可能为PPI-TS复合物在食品中的应用提供有价值的见解。
材料
豌豆粉（Yan Bei Xiang?）购自大同益新源面粉工业食品有限公司。豌豆蛋白分离物（PPI）是通过碱性提取后进行等电沉淀从黄豌豆粉中提取的[33]。蛋白质含量（89.54%）使用元素分析仪（Vario EL cube，Elementar，德国）测定，氮转换因子为6.25。PPI粉末含有8.54%±0.11%的水分和1.43%±0.22%的脂肪。
PPI-TS/Ca2+乳液凝胶的制备
PPI-TS/Ca2+乳液凝胶是通过两步法制备的：首先形成PPI-TS预复合乳液，然后进行Ca2+诱导的冷凝胶化。这种两步程序旨在确保在凝胶化之前形成均匀的PPI-TS复合物。PPI和TS的预均质化有利于它们在油水界面的协同作用，促进PPI的部分展开。随后加入Ca2+则主要诱导交联
结论
本研究开发了一种使用PPI和TS作为稳定剂的复合冷凝胶。自由巯基含量的增加和表面疏水性的增强表明，PPI和TS之间的相互作用促进了蛋白质的展开，暴露了更多的疏水基团，增强了PPI分子间的疏水相互作用。TS的存在提高了乳液凝胶的强度和物理稳定性。随着Ca2+浓度的增加，储能模量和...
作者贡献声明
Jieyao Chen：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法学，研究，数据分析，概念化。Jiaxing Xie：方法学，研究，数据分析。Pei Chen：撰写 – 审稿与编辑，方法学。Lingyun Chen：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学，概念化。Weijuan Huang：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，监督，资源管理，项目协调。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32502404）和广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2025A1515011881）的支持。Weijuan Huang还感谢华南农业大学提供的启动资金。
